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基于肌电信号控制的康复医疗下肢外骨骼设计及研究

作　者: 费烨赟
导　师: 杨灿军
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子控制工程
关键词: 下肢肌电信号外骨骼阈值控制可穿戴式步行助力
分类号: TH772
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 563次
引　用: 9次
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内容摘要

“以人为核心”的人机一体化技术，将人和机器人二者优势进行互补，强调人的智能参与到机器人的控制当中，本文所研究的康复医疗下肢就是这样一种充分体现该技术思想的典型的人机系统。本论文工作依靠浙江大学流体传动及控制国家重点实验室资源优势，开展基于肌电信号的康复医疗下肢设计及研究，并且开发出了一套康复医疗下肢的原型试验系统，包括机械结构的加工和组装、以及控制的具体实现。该原型试验系统可作为今后开展进一步深入研究的实验平台。论文首先综述国内外下肢系统的研究进展和研究现状，分析本课题的研究背景，并提出研究意义、目标和内容；并以肌电信号为控制系统的主要信息源，研究了基于肌电信号的下肢控制原理和实现方法。同时详细介绍了系统组成，包括机械结构、下位机系统、传感器的选型，控制系统电路、数据采集及串口通讯等模块的实现。在控制系统的设计中，用肌电信号控制下肢机器人的控制方法上，一种广为采用的控制方式就是自主式控制。本研究详细介绍了肌电信号控制所需要的4个关键技术，①肌电信号的成功提取，②表征假肢动作模式的肌电信号特征值的提取，③根据所提取的特征值进行动作模式的识别，④用阈值控制器控制假肢的动作。该项研究的最终目标是实现康复医疗下肢的穿着舒适性和行走平稳性，降低残障者在步行时所消耗的能量，减轻疲劳，不仅可以帮助残障人士的日常生活，而且还能为残障人士的工作以及出门旅游等提供方便。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 课题研究背景及意义  9-10
  1.3 国内外研究进展  10-16
    1.3.1 下肢系统研究历史  10-11
    1.3.2 康复医疗下肢系统研究现状  11-16
  1.4 康复医疗下肢系统的研究技术难点分析  16-17
  1.5 本文研究内容  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第二章康复医疗下肢的机械结构设计  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 康复医疗下肢机械设计原则  19-20
  2.3 康复医疗下肢机械结构  20-22
  2.4 康复医疗下肢机械结构设计要点  22-29
    2.4.1 节能与能量转换  22-25
    2.4.2 电机定位  25-27
    2.4.3 身材兼容性考虑  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章康复医疗下肢下位机系统的设计  30-40
  3.1 引言  30
  3.2 下位机硬件系统  30-32
  3.3 下位机软机系统  32-33
  3.4 被控系统与微机互通  33-39
    3.4.1 串口设置  36-37
    3.4.2 串口命令格式  37
    3.4.3 串口通讯关键程序函数  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章康复医疗下肢控制系统的设计  40-60
  4.1 引言  40
  4.2 闭环控制系统的实现  40-41
  4.3 肌电信号的研究及应用  41-58
    4.3.1 肌电信号的采集  42-44
    4.3.2 肌电信号的特征量提取  44-47
    4.3.3 肌电信号的模式识别  47-52
    4.3.4 阈值控制  52-58
  4.4 下肢控制策略  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章康复医疗下肢原型系统实现  60-75
  5.1 引言  60
  5.2 系统组成  60-72
    5.2.1 机械系统  62
    5.2.2 控制系统实现  62-72
  5.3 实验研究  72-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-76
  6.1 总结  75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间参加科研情况  79-80
致谢  80

基于肌电信号控制的康复医疗下肢外骨骼设计及研究

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